DE602005003023T2 - PLATE HEAT EXCHANGE - Google Patents
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Description
Gebiet der AnmeldungArea of registration
Die vorliegende Erfindung bezieht sich in ihrem allgemeinsten Aspekt auf einen Wärmetauscher für eine Wärmetauschereinheit eines chemischen Reaktors.The The present invention relates in its most general aspect to a heat exchanger for a heat exchanger unit a chemical reactor.
Die Erfindung betrifft insbesondere einen plattenförmigen Wärmetauscher, der einen im Wesentlichen kastenförmigen, abgeflachten Aufbau hat, mit einer im Wesentlichen quaderförmigen, rechteckigen Auslegung, eine Innenkammer bildend, sowie einen Einlassanschluss und einen Auslassanschluss für ein Wärmeaustausch-Betriebsfluid in die Kammer hinein und aus dieser heraus, und ein Verteilrohr des Betriebsfluids in der Kammer, das sich in dem Aufbau an einer Längsseite von dieser erstreckt.The The invention relates in particular to a plate-shaped heat exchanger which essentially comprises a boxy, flattened structure has, with a substantially cuboid, rectangular design, forming an inner chamber, as well as an inlet port and an outlet port for a heat exchange operating fluid into and out of the chamber, and a manifold of the operating fluid in the chamber, which in the structure at a long side extends from this.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Wärmetauschereinheit, die eine Vielzahl von plattenförmigen Wärmetauschern der vorgenannten Art enthält.The The invention also relates to a heat exchanger unit comprising a Variety of plate-shaped heat exchangers contains the aforementioned type.
Stand der TechnikState of the art
Es ist bekannt, dass zum Erhalt eines optimalen Abschlusses von exothermen oder endothermen chemischen Reaktionen, wie zum Beispiel Synthesereaktionen von Ammoniak, Methanol, Formaldehyd bzw. Styrol, von einer Reaktionsumgebung, bei der es sich allgemein um ein katalytisches Bett handelt, Wärme abgezogen bzw. dieser zugeführt werden muss, um die Temperatur in einem begrenzten Bereich um einen vorab berechneten, theoretischen Wert zu steuern.It is known to maintain an optimal degree of exothermic or endothermic chemical reactions, such as synthesis reactions of ammonia, methanol, formaldehyde, and styrene, respectively, from a reaction environment which is generally a catalytic bed, subtracting heat or these are supplied needs to advance the temperature in a limited range by one calculated, theoretical value.
Es ist auch bekannt, dass zu diesem Zweck eine Wärmetauschereinheit verwendet wird, die eine Vielzahl von plattenförmigen Wärmetauschern umfasst, wobei die Einheit in dem katalytischen Bett angeordnet ist; die plattenförmigen Wärmetauscher werden innen von einem Wärmeaustausch-Betriebsfluid zum Beispiel in einer radialen oder in einer axialen Richtung durchquert.It It is also known that a heat exchanger unit is used for this purpose is, which comprises a plurality of plate-shaped heat exchangers, wherein the unit is located in the catalytic bed; the plate-shaped heat exchangers become inside of a heat exchange operating fluid for example, in a radial or in an axial direction.
Das Wärmeaustausch-Betriebsfluid, das von einem Einlassanschluss her eintritt, läuft in ein Verteilrohr; das Betriebsfluid wird dann durch ein Sammelrohr gesammelt, das an einem Auslassanschluss endet.The Heat exchange operating fluid, entering from an inlet port, passes into a manifold; the Operating fluid is then collected through a manifold located on a Outlet connection ends.
Es ist bekannt, dass für eine gute Leistung der Wärmetauschereinheit es vorzuziehen ist, dass die vorstehend erwähnten Verteilrohre und Sammelrohre thermisch isoliert sind, um jeglichen sogenannten parasitären Wärmeaustausch zwischen dem Wärmeaustausch-Betriebsfluid, das die vorstehend erwähnten Rohre durchquert, und dem Reagensfluid außerhalb der plattenförmigen Wärmetauscher zu verhindern.It is known for a good performance of the heat exchanger unit It is preferable that the above-mentioned distribution pipes and headers are thermally isolated to any so-called parasitic heat exchange between the heat exchange operating fluid, the ones mentioned above Passing through pipes, and the reagent fluid outside the plate-shaped heat exchanger to prevent.
Ein solcher parasitärer Wärmeaustausch ruft zum Beispiel bei einer exothermen Reaktion eine unerwünschte Erwärmung des Wärmeaustausch-Betriebsfluids hervor, das durch das Verteilrohr fließt, wobei ein nicht gleichmäßiges Temperaturfeld entlang der Gesamtlänge der Längsseiten des plattenförmigen Wärmetauschers erzeugt wird, dessen Länge manchmal beträchtlich sein kann, und infolgedessen entsteht ein nicht gleichmäßiges Temperaturfeld im katalytischen Bett. Mit anderen Worten beeinflusst der parasitäre Wärmeaustausch das in den plattenförmigen Wärmetauscher eintretende Wärmeaustausch-Betriebsfluid so, dass das Fluid an verschiedenen Höhen des plattenförmigen Wärmetauschers verschiedene Temperaturen hat, womit sich der Reaktionswirkungsgrad verschlechtert.One such parasitic heat exchange For example, in an exothermic reaction, undesired heating of the Heat exchange operating fluid out, which flows through the manifold, with a non-uniform temperature field along the total length the long sides of the plate-shaped heat exchanger is generated, whose length sometimes considerable and as a result creates a non-uniform temperature field in the catalytic bed. In other words, the parasitic heat exchange influences that in the plate-shaped heat exchangers incoming heat exchange operating fluid such that the fluid at different heights of the plate-shaped heat exchanger different Temperatures, whereby the reaction efficiency deteriorates.
Darüber hinaus muss, was den parasitären Wärmeaustausch anbelangt, auch der Einfluss der Durchflussmenge berücksichtigt werden. Im Falle einer exothermen Reaktion wird das Wärmeaustausch-Betriebsfluid im Verteilrohr durch das Fluid außerhalb des plattenförmigen Wärmetauschers erwärmt, wenn es nach und nach weiterwandert. Dieser Effekt ist umso stärker, je weiter man sich vom Einlassanschluss des Verteilrohrs oder vom Auslassanschluss des Sammelrohrs entfernt, und zwar wegen der Verringerung der Durchflussmenge des Fluids, welches das infrage kommende Rohr durchströmt.Furthermore must, what the parasitic heat exchange As far as the influence of the flow rate is concerned become. In the case of an exothermic reaction, the heat exchange operating fluid in the manifold by the fluid outside the plate-shaped heat exchanger heated if it continues to move on. This effect is the stronger, ever continue from the inlet port of the manifold or from the outlet port of the manifold, because of the reduction in flow rate the fluid that flows through the pipe in question.
Dadurch tritt wegen der Verringerung der Durchflussmenge des Wärmeaustausch-Betriebsfluids, das innerhalb der Verteil- und Sammelrohre strömt, ein ungleichmäßiger Wärmeaustausch in den Bereichen des katalytischen Betts auf, die diese Rohre umgeben, wobei in diesen Bereichen die gewünschte Temperatursteuerung verhindert ist.Thereby occurs because of the reduction in the flow rate of the heat exchange operating fluid, which flows within the distribution and collecting pipes, a non-uniform heat exchange in the areas of the catalytic bed that surround these pipes, wherein in these areas the desired temperature control is prevented.
Im Stand der Technik wurde zur Erreichung dieser thermischen Isolierung vorgeschlagen, die Verteil- und Sammelrohre mit einer Lage einer Beschichtung mit niedriger Wärmeleitfähigkeit zu überziehen. Im Allgemeinen werden keramische Beschichtungen verwendet, mit einer Werkstoffgrundlage wie zum Beispiel Zirkon, Yttrium, Aluminiumoxid, Cerium, Magnesiumoxiden und deren Mischungen.in the Prior art has been to achieve this thermal insulation proposed, the distribution and manifolds with a layer of a Coating with low thermal conductivity to coat. In general, ceramic coatings are used, with one Material basis such as zirconium, yttrium, alumina, cerium, Magnesium oxides and mixtures thereof.
Plattenförmige Wärmetauscher einer chemischen Reaktor-Wärmetauschereinheit, die gemäß der vorstehenden schematischen Beschreibung ausgeführt sind, bieten eine hervorragende thermische Isolierung, welche den Zweck in perfekter Weise erfüllt. Dagegen hat es sich in vielen Fällen herausgestellt, dass die Isolierung in Anbetracht der betriebsbedingten Erfordernisse für ein korrektes Arbeiten des Wärmetauschers sogar zu weit perfektioniert ist.Plate-shaped heat exchangers a chemical reactor heat exchanger unit, those according to the above schematic description are executed, provide an excellent thermal insulation, which perfectly fulfills the purpose. On the other hand it has in many cases pointed out that the insulation in view of the operational Requirements for correct operation of the heat exchanger even perfected too far.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem besteht darin, einen plattenförmigen Wärmetauscher für eine Wärmetauschereinheit eines chemischen Reaktors bereitzustellen, der in der Lage ist, die vorstehend genannte Anforderung zu erfüllen, während gleichzeitig die Durchführung irgendwelcher Arbeiten vereinfacht ist und die vorstehend in Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschriebenen Nachteile relativiert sind.The The problem underlying the present invention is that a plate-shaped heat exchangers for one Heat exchanger unit of a to provide a chemical reactor which is capable of the above to comply with the requirement while at the same time the implementation any work is simplified and the above related disadvantages described with the prior art are relativized.
Dieses Problem wird gemäß der Erfindung durch einen Wärmetauscher der vorstehend genannten Art gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, dass das Verteilrohr ein erstes Rohr und ein zweites Rohr aufweist, die ineinander angeordnet sind, wobei zwischen den Rohren, bei denen es sich um ein Außenrohr bzw. ein Innenrohr handelt, ein Zwischenraum gebildet ist, der auf einer Seite über mehrere im Außenrohr des Verteilrohrs vorgesehene Öffnungen in Fluidverbindung mit der Kammer steht, und auf der anderen Seite mit dem Innenrohr desselben Verteilrohrs, wobei das Innenrohr hydraulisch mit dem Einlassanschluss für das Wärmeaustausch-Betriebsfluid verbunden ist.This Problem is solved according to the invention a heat exchanger solved the above type, characterized in that the distributor tube is a first Tube and a second tube, which are arranged inside each other, being between the tubes, which is an outer tube or an inner tube, a gap is formed on one page over several in the outer tube the distributor tube provided openings is in fluid communication with the chamber, and on the other side with the inner tube of the same distributor tube, wherein the inner tube hydraulically with the inlet port for the heat exchange operating fluid connected is.
Weitere Merkmale und die Vorteile des plattenförmigen Wärmetauschers für eine Wärmetauschereinheit eines chemischen Reaktors ge mäß der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung einer Ausführungsform davon, die nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen geschrieben steht und als aufzeigendes und nicht einschränkendes Beispiel zur Verfügung gestellt wird.Further Features and advantages of the plate-shaped heat exchanger for a heat exchanger unit a chemical reactor according to the present ge Invention will become apparent from the description of an embodiment thereof, which are described below with reference to the attached drawings is provided as an indicative and non-limiting example.
Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing
Ausführliche Beschreibung einer Ausführungsform der ErfindungFull Description of an embodiment of the invention
Mit
Bezug auf die Figuren ist ein plattenförmiger Wärmetauscher für eine Wärmetauschereinheit
Der
chemische Reaktor
In
der Reaktionsumgebung
Jeder
plattenförmige
Wärmetauscher
An
Längsseiten
Es
wäre festzuhalten,
dass als Alternative nur eines der beiden vorstehend erwähnten Verteilrohre
Die
kurzen Seiten des Elements
Der
Einlassanschluss
Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung umfassen das Verteilrohr
Die
Innenrohre
Die
Außenrohre
In
dem in
Die
am Innenrohr
Die
Außenabmessungen
des Innenrohrs
Der
Halt in Querrichtung wird durch gegenüberliegende Längsformteile
Vorteilhafterweise
ist der Aufbau des Sammelrohrs
Die
Es
ist festzuhalten, dass in dieser Variante die Elemente, die vom
Aufbau oder von der Funktion her ähnlich denjenigen des plattenförmigen Wärmetauschers
Der
plattenförmige
Wärmetauscher
Auch
in diesem Fall hat das Innenrohr
Bei
dieser Variante ist das Innenrohr
Für den Rest der Beschreibung und in den folgenden Ansprüchen bezieht sich der Ausdruck "Lamellen" allgemein auf einen vorstehenden Teil, der von der Außenfläche des kreisförmigen Rohrs entlang seines Umfangs absteht, wobei der vorstehende Teil vorzugsweise ringscheibenförmig ist.For the rest In the description and in the following claims, the term "fins" generally refers to one projecting part, which extends from the outer surface of the circular tube along protrudes from its circumference, the projecting part is preferably an annular disk is.
Die
Außenabmessungen
des Innenrohrs
Das
Innenrohr
Der
Halt in Querrichtung wird durch eine Fixierungsverbindung hergestellt.
Genauer gesagt wird das Innenrohr
Vorteilhafterweise
kann im Wärmetauscher
Nachstehend wird die Funktionsweise des gemäß der vorliegenden Erfindung ausgelegten, plattenförmigen Wärmetauschers einer Wärmetauschereinheit eines chemischen Reaktors beschrieben.below the operation of the according to the present Invention designed, plate-shaped heat exchanger a heat exchanger unit of a chemical reactor.
Ein
Reagensfluid tritt in den chemischen Reaktor durch eine Öffnung
Jeder
plattenförmige
Wärmetauscher
Das
Wärmeaustausch-Betriebsfluid
wird, nachdem es die Wärmetauscherkammer
Die
thermische Isolierung des Verteilrohrs
Wie vorstehend erwähnt, ist das Innenrohr in das Außenrohr eingeführt und in ihm in der Querrichtung gehalten: dies wird vor allem deswegen gemacht, um jegliche Beschädigung zu verhindern, die durch Vibrationen des Innenrohrs an den Innenwänden des Außenrohrs verursacht werden.As mentioned above, the inner tube is inserted into the outer tube and in it in the transverse ridge This is mainly done to prevent any damage caused by vibrations of the inner tube on the inner walls of the outer tube.
Es ist wiederholenswert, dass das Innenrohr frei bzw. ungehindert in das Außenrohr eintreten muss, und zwar aufgrund der Tatsache, dass, da beide Elemente im Allgemeinen aus austenitischem Stahl bestehen, wenn ein gewisser Abstand nicht erhältlich ist, es leicht geschehen kann, dass zwischen den beiden Rohren während des Einführens des Innenrohrs in das Außenrohr ein Reibschweißen bzw. Festfressen auftreten kann.It It is worth repeating that the inner tube is free or unhindered in the outer tube must occur because of the fact that, as both elements austenitic steel in general, if a certain Distance not available is, it can easily happen that between the two tubes during the introducing of the inner tube in the outer tube a friction welding or seizure may occur.
Es sollte auch betont werden, dass bei Verwendung von Rohren mit ellipsenförmigem Querschnitt als Innenrohr die Spindelform des Außenrohrs optimal ausgenutzt wird.It should also be emphasized that when using tubes with elliptical cross-section as inner tube, the spindle shape of the outer tube is optimally utilized becomes.
Der Hauptvorteil, der durch den gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführten plattenförmigen Wärmetauscher für eine Wärmetauschereinheit eines chemischen Reaktors erzielt wird, besteht in der Tatsache, dass die thermische Isolierung auf ungewöhnlich einfache und zuverlässige Art und Weise erhalten wird.Of the Main advantage, by the according to the present Invention executed disc-shaped heat exchangers for one Heat exchanger unit of a chemical reactor, consists in the fact that the thermal insulation in an unusually simple and reliable way and manner is obtained.
Ein weiterer beträchtlicher Vorteil liegt darin, dass die Außenfläche des Außenrohrs der Verteil- und Sammelrohre vollständig als Wärmeaustauschfläche zwischen dem in dem plattenförmigen Wärmetauscher strömenden Wärmeaustausch-Betriebsfluid und dem Reaktionsfluid des Katalysators genutzt wird. Und zwar muss, indem man die im Innenrohr vorgesehenen Öffnungen in Richtung zum Außenrand des plattenförmigen Wärmetauschers richtet, das Wärmeaustausch-Betriebsfluid, um zum In neren des plattenförmigen Wärmetauschers zu strömen, durch den das Innenrohr umgebenden Zwischenraum fließen, wobei es auf diese Weise mit dem außerhalb des plattenförmigen Wärmetauschers befindlichen Reaktionsfluid in einwandfreier Weise Wärme austauscht; dabei ist das Wärmeaustausch-Betriebsfluid innerhalb des Innenrohrs geschützt.One more considerable Advantage is that the outer surface of the outer tube of the distribution and manifolds Completely as a heat exchange surface between in the plate-shaped heat exchangers flowing Heat exchange operating fluid and the reaction fluid of the catalyst is used. And indeed, by providing the openings provided in the inner tube in the direction of the outer edge of the plate-shaped heat exchanger directs the heat exchange operating fluid, to the inside of the plate-shaped heat exchanger to stream through the space surrounding the inner tube flow, in this way with the outside of the plate-shaped heat exchanger located reaction fluid in a perfect manner exchanges heat; Here is the heat exchange operating fluid protected inside the inner tube.
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